自主基礎(chǔ)機器人的路徑規(guī)劃

蔡麗 左小瓊

武漢東湖學院 湖北省武漢市 430212

1 引言

隨著生產(chǎn)自動化的發(fā)展需要，機器人已經(jīng)越來越廣泛地應用到生產(chǎn)自動化上，而且機器人傳感器種類也越來越多，其中紅外傳感器已經(jīng)成為自動行走和駕駛的重要部件。此外，電子技術(shù)的不斷發(fā)展，微處理器芯片的集成程度越來越高，這種技術(shù)促使機器人技術(shù)也有了突飛猛進的發(fā)展，目前人們已經(jīng)完全可以設(shè)計并制造出具有某些特殊功能的簡易智能機器人， 而輪式智能基礎(chǔ)機器人是目前移動機器人最常用的的一種形式，被廣泛應用到現(xiàn)代制造企業(yè)中，其開發(fā)涉及及控制、傳感器技術(shù)、電子電氣、計算機、機械等多個學科。

在上述背景及現(xiàn)狀的前提下，本文主要描提出一種具有紅外避障功能的自主基礎(chǔ)機器人，以AT89S51單片機為主控芯片的智能小車模型，配合直流電機驅(qū)動，紅外傳感電路來構(gòu)成，實現(xiàn)小車的前進、轉(zhuǎn)向、避障等動作，并在此基礎(chǔ)上探討路徑規(guī)劃。本系統(tǒng)采用模塊化的設(shè)計思路，使得整個設(shè)計結(jié)構(gòu)具有擴展性。

2 自主基礎(chǔ)機器人系統(tǒng)

自主基礎(chǔ)機器人系統(tǒng)，以紅外傳感檢測為基礎(chǔ)，通過單片機控制芯片，可實時檢測路面障礙進行相應的動作調(diào)整，系統(tǒng)具體硬件組成及軟件控制思想如下。

2.1 硬件系統(tǒng)

系統(tǒng)硬件組成如圖1所示，利用單片機的中斷對紅外線發(fā)射管進行調(diào)制發(fā)射38KHz信號，發(fā)射距離遠近可由可調(diào)電阻調(diào)節(jié)。發(fā)射出去的紅外線遇到避障物的時候反射回來，紅外線接收管對反射回來信號進行解調(diào)輸出TTL電平，在遇障礙物時控制電機并使基礎(chǔ)機器人轉(zhuǎn)向。外界對紅外信號的干擾比較小，且易于實現(xiàn)。接收頭采用HS0038A2型一體化接收探頭，接收頭的輸出腳OUT與單片機INT0引腳相接，如圖2所示。紅外接收頭在沒有接收到紅外信號時，INT0輸出高電平，單片機不中斷。在接收到信號時輸出低電平，單片機中斷。

驅(qū)動模塊主要是直流電機驅(qū)動，采用L293D電機驅(qū)動芯片，通過內(nèi)部H橋式驅(qū)動電路，可以同時對兩個電機進行控制。電機控制只需要使能信號和轉(zhuǎn)向控制信號即可，分別是使能信號ENABLE、轉(zhuǎn)向控制信號IN1、轉(zhuǎn)向控制信號IN2。驅(qū)動芯片的IN1~IN4引腳分別與單片機的I/O引腳相接，如圖2所示。

2.2 軟件系統(tǒng)

軟件側(cè)重避障和路徑優(yōu)化，采用外部中斷的方式來實現(xiàn)，通過小車前部安裝的兩對紅外探頭，檢測車體左邊和右邊的障礙物，當右邊檢測到障礙時引起外部中斷1中斷，控制小汽車向左轉(zhuǎn)。當左邊檢測到障礙時引起外部中斷0中斷，控制小汽車向右轉(zhuǎn)。此外，在此基礎(chǔ)上進行路徑最優(yōu)化處理。這里假設(shè)活動范圍為200m*200m，二維坐標起點（10，180），終點（150，90）利用蟻群算法，最終可以進行二維路徑規(guī)劃。

蟻群算法是一種基于種群的進化算法，具有一種新的模擬進化優(yōu)化方法的有效性，與其他啟發(fā)式算法相比，在求解性能上，具有很強的魯棒性和搜索較好解的能力。通過初始化蟻群，根據(jù)目標評價每只螞蟻的適應度，再根據(jù)適應度對螞蟻經(jīng)過的路徑按比例釋放信息素，然后螞蟻根據(jù)前面留下的信息素選擇路徑，最后判斷是否滿足終止條件，結(jié)束蟻群算法返回。通過蟻群算法，選擇最優(yōu)路徑達到右側(cè)目的地，如圖3所示紅色線條即為最優(yōu)路徑。

3 結(jié)束語

本文介紹了一種簡單的自主基礎(chǔ)機器人設(shè)計，采用AT89S51單片機為核心，結(jié)合傳感器檢測模塊，給出軟硬件結(jié)構(gòu)，可實時控制速度和方向運動，從而實現(xiàn)避障和路徑規(guī)劃。該電路具有結(jié)構(gòu)簡單、可靠性高的優(yōu)點。

[1]陳海松；李益民.基于AT89C51單片機的智能避障遙控機器人的設(shè)計.黃石理工學院報，2011.

[2]林少帥；謝勇.基于Atmega16的太陽能智能小車.科技視界.2012.

[3]李健；蔣全勝；任玲芝.太陽能小車智能控制系統(tǒng)的設(shè)計.巢湖學院學報.2011